Mākslīgais intelekts rada molekulāras "raķetes", lai mērķētu uz vēža šūnām

Personalizēta vēža ārstēšana sasniedz jaunu līmeni, jo pētnieki ir izstrādājuši mākslīgā intelekta platformu, kas tagad var pielāgot olbaltumvielu komponentus un “apbruņot” pacienta imūnās šūnas cīņai pret vēzi.

Jauna metode, kas aprakstīta žurnālā “Science”, pirmo reizi pierāda, ka datorā ir iespējams izstrādāt olbaltumvielas, kas var novirzīt imūnās šūnas, lai iznīcinātu vēža šūnas, izmantojot pMHC molekulas.

Tas radikāli samazina laiku, kas nepieciešams efektīvu molekulu atrašanai vēža terapijai – no vairākiem gadiem līdz vairākām nedēļām.

“Mēs būtībā radām jaunu acu pāri imūnsistēmai. Pašreizējās personalizētās vēža ārstēšanas metodes balstās uz tā saukto T šūnu receptoru atrašanu pacienta vai donora imūnsistēmā, kurus var izmantot terapijā. Tas ir ļoti ilgs un sarežģīts process. Mūsu platforma izstrādā molekulārās atslēgas vēža šūnu atpazīšanai, izmantojot mākslīgo intelektu, un dara to neticamā ātrumā, ļaujot izstrādāt kandidātmolekulu tikai 4–6 nedēļu laikā,” skaidro Timotijs P. Dženkinss, Dānijas Tehniskās universitātes (DTU) asociētais profesors un pētījuma pēdējais autors.

Mērķētas raķetes pret vēzi

Mākslīgā intelekta platforma, ko kopīgi izstrādājuši DTU un Scripps pētniecības institūta (ASV) speciālisti, atrisina vienu no galvenajām problēmām imunoterapijas jomā: mērķtiecīgu metožu izveidi audzēju ārstēšanai, nebojājot veselos audus.

Parasti T šūnas dabiski atpazīst vēža šūnas, reaģējot uz specifiskiem peptīdiem, ko uz šūnas virsmas attēlo pMHC molekulas. Šo zināšanu pārvēršana terapijā ir lēns un sarežģīts process, jo īpaši tāpēc, ka individuālā T šūnu receptoru daudzveidība neļauj izstrādāt universālas, personalizētas ārstēšanas metodes.

Organisma imūnsistēmas stiprināšana

Pētījumā zinātnieki pārbaudīja platformas efektivitāti pret zināmu mērķi NY-ESO-1, kas ir sastopams dažādos vēža veidos. Komanda veiksmīgi izstrādāja minisaistītāju, kas cieši saistījās ar NY-ESO-1 pMHC molekulām.

Kad šis proteīns tika ievietots T šūnās, tas radīja jaunu šūnu konstrukciju, ko pētnieki nosauca par IMPAC-T šūnām. Šīs šūnas laboratorijas eksperimentos efektīvi vadīja T šūnas vēža šūnu iznīcināšanai.

“Bija neticami aizraujoši redzēt, kā mini saistošie proteīni, kas pilnībā izstrādāti datorā, tik efektīvi darbojas laboratorijā,” saka pētījuma līdzautors un DTU pētnieks Kristofers Haurums Johansens.

Zinātnieki arī izmantoja platformu, lai izstrādātu olbaltumvielas, kas vērstas pret vēža mērķi, kas identificēts pacientam ar metastātisku melanomu, un veiksmīgi izveidoja arī aktīvus savienojumus šim nolūkam, pierādot, ka metodi var pielietot jauniem individuāliem vēža mērķiem.

Virtuālā drošības pārbaude

Inovācijas galvenais elements bija virtuāla drošības testa izveide. Zinātnieki izmantoja mākslīgo intelektu, lai pārbaudītu izveidotās minisaistvielas, salīdzinot tās ar veselās šūnās esošajām pMHC molekulām. Tas ļāva viņiem filtrēt potenciāli bīstamas molekulas pirms eksperimentu sākuma.

"Precīzitāte vēža ārstēšanā ir izšķiroša. Paredzot un novēršot savstarpējas reakcijas jau izstrādes stadijā, mēs varējām samazināt riskus un palielināt drošas un efektīvas terapijas izveides iespējamību," skaidro DTU profesore un pētījuma līdzautore Sine Rekera Hadrupa.

Ārstēšana - pēc pieciem gadiem

Dženkinss lēš, ka pirmo klīnisko pētījumu veikšana ar cilvēkiem prasīs līdz pat pieciem gadiem. Pēc ieviešanas metode atgādinās esošās metodes, kurās tiek izmantotas ģenētiski modificētas T šūnas, ko sauc par CAR-T terapiju un ko lieto limfomas un leikēmijas ārstēšanai.

Vispirms pacientam tiek paņemtas asinis, tāpat kā parastā testā. No šīm asinīm laboratorijā tiek iegūtas imūnās šūnas un modificētas, injicējot tām mākslīgā intelekta izstrādātas minisaistvielas. Pēc tam uzlabotās imūnās šūnas tiek atgrieztas pacientam un darbojas kā vadāmas raķetes, precīzi atrodot un iznīcinot vēža šūnas organismā.